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碎屑流冲击易液化层液化机理试验研究

赵华磊  
【摘要】:本文的主要研究内容是通过模型试验获得在相同坡度相同基底摩擦下不同碎屑流对堆积体的冲击引发堆积体液化然后滑动的速度和距离,分析堆积体内部孔隙水压力及震动信号和外部形态的变化从而得出影响滑速和距离的因素,浅析冲击液化机理。试验设置为一段放置碎屑流的大斜度槽子和一段放置稳态堆积体的小斜度槽子,两者由一段相对弯曲的槽子相连接。碎屑流选用两种截然不同的材料:直径为15mm,表面光滑,形状极其接近圆形不易变形的钢珠和直径为2cm-5cm,表面粗糙,形状不规则的石块。两种材料都分为15kg、20kg、25kg三种重量。试验过程中模拟突发的、迅速的碎屑流在弯道处冲击进入堆积体。通过LabVIEW程序同步采集铺设的孔隙水压力传感器、微型震动传感器在试验过程中即时的数据,保证数据的可靠性。采用高速摄像机监控堆积体在对应时间的运动特性。然后对比不同类型碎屑流和不同质量碎屑流以及相同质量不同类型碎屑流的试验数据,深刻认识碎屑流冲击易液化层液化机理。总结前人的研究成果,结合本次试验研究结果,分析碎屑流冲击易液化层液化的启动机理和运移、速度、距离,试验结果表明:(1)冲击液化机理是堆积物在受到碎屑流剧烈撞击激发下,体积在极短时间内被压缩,颗粒发生振动,破坏原来的土粒之间的联结状态与结构状态。此时,原先由土粒通过它的接触点所传递的应力(有效应力),就要传给孔隙中的水分来承担,引起孔隙水压力的骤然增高,有效应力骤然降低,抗剪强度局部地或全部地丧失,即出现不同程度的变形或完全液化。土体在液化流动过程中,当超孔隙水压消散,液化土体又将恢复固体特征。(2)突发、高速的碎屑流对堆积体尤其是其后缘具有剥蚀作用。碎屑流的质量越大,剥蚀越强烈。不同类型碎屑流的剥蚀作用不尽相同,有强有弱。光滑、规则的碎屑流的剥蚀作用强于粗糙、不规则的碎屑流。光滑、规则的碎屑流留下的剥蚀痕迹更加密集,冲击后形成的冲击面更深,冲击形成的滑体更具有整体性。(3)碎屑流冲击堆积体后孔隙水压力的变化与碎屑流的质量有关。不同质量的碎屑流产生的冲击能量不同。在一定能量范围内,碎屑流的质量越大,堆积体被冲击后结构破坏的更快,孔隙水压力上升越快,到达的最大值也越大,液化程度高,造成滑速更快,孔隙水压力的消散也就更快。(4)碎屑流冲击堆积体后孔隙水压力的变化与碎屑流的类型有关。由于光滑、规则的碎屑流与堆积体的接触面更大更集中,所以更能使土颗粒振动,孔隙水压力上升,有效应力降低。即光滑、规则、密度大的碎屑流比粗糙、不规则的碎屑流更容易使孔隙水压力上升,且上升达到的最大值更大。(5)相同质量的碎屑流,光滑、规则的碎屑流冲击液化产生的能量更大,土颗粒运动的频率更高,孔隙水压力也就上升得越高。(6)碎屑流的质量愈大,堆积体滑移的速度愈快,加速度愈大,运移时间愈长,滑移的距离也就愈远。光滑、规则的碎屑流比粗糙、不规则的碎屑流对堆积体的冲击强烈,滑移的速度更快,距离更远。


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